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1 Corso di Laurea Magistrale: Medicina delle Piante curr. Scienze fitosanitarie Corso Integrato: Miglioramento genetico e resistenza alle malattie 9 CFU Modulo: Miglioramento genetico (6 CFU) (4 CFU Lezioni + 2 CFU Esercitazioni) Docente Prof. Luigi Ricciardi ricciard@agr.uniba.it - Tel Obiettivi Formativi L insegnamento si propone di fornire allo studente nozioni sul miglioramento genetico delle specie agrarie e gli approfondimenti essenziali per il completamento della sua preparazione nel campo della genetica applicata. In particolare, amplia le conoscenze dello studente sui sistemi riproduttivi e sulla struttura genetica delle popolazioni vegetali, sulle tecniche classiche e innovative per l analisi della variabilità genetica, sui metodi convenzionali e avanzati di selezione per il miglioramento genetico per produttività, qualità dei prodotti vegetali, resistenza agli stress biotici e abiotici, adattabilità ai sistemi di agricoltura sostenibile e biologica. Competenze acquisibili Gli studenti acquisiranno competenze indispensabili per l applicazione dei principi della selezione e delle metodologie del miglioramento quanti-qualitativo delle produzioni agrarie condotto mediante interventi genetici, utile per operare nell attività professionale e nei settori pubblici e privati che si occupano della costituzione sementiera e vivaistica. Programma (1 CFU di Lezioni = 8 ore; 1 CFU di Esercitazioni = 14 ore) Argomenti N. CFU Lezioni Numero di ore Esercitazioni I IL MIGLIORAMENTO GENETICO E L UTILIZZO DELLA VARIABI- LITA GENETICA Introduzione. Definizioni e scopi del miglioramento genetico delle piante coltivate. Introduzione e domesticazione delle piante coltivate. Il concetto di ideotipo in relazione agli ambienti naturali e colturali ed al mercato. Meccanismi riproduttivi delle piante coltivate. Particolari meccanismi morfo-fisiologici e genetici correlati al sistema di riproduzione. Autoincompatibilità e maschiosterilità. Relazioni tra sistemi riproduttivi e metodi di miglioramento genetico delle piante. Determinazione della quota di alloincrocio. Le risorse genetiche vegetali. Origine ed evoluzione delle risorse genetiche. Centri di origine primari e secondari delle piante coltivate. Salvaguardia delle risorse genetiche e conservazione del germoplasma. Il significato di accessione

2 II LA GENETICA DELLE POPOLAZIONI Struttura genetica delle popolazioni di specie prevalentemente autogame. Inbreeding e outbreeding. Autofecondazione e selezione. Teoria della linea pura. Basi genetiche della linea pura. Esperimenti di Johannsen e loro significato. Degenerazione delle popolazioni di specie autogame. Fonti della variabilità genetica nelle specie prevalentemente autogame. Struttura genetica delle popolazioni di specie prevalentemente allogame. Variabilità nelle popolazioni naturali di specie allogame. Popolazione mendeliana in equilibrio. La legge di Hardy e Weinberg. Controllo dell'equilibrio in popolazioni mendeliane. I fattori di disturbo all'equilibrio H. e W.: la migrazione, la mutazione, la selezione e il concetto di fitness, le unioni non casuali. Misura dell'inbreeding e suoi effetti sull'equilibrio H. e W. e sui caratteri quantitativi. Depressione da inbreeding ed eterosi. Struttura genetica delle popolazioni di specie a propagazione vegetativa. Fonti della variabilità genetica nelle specie a propagazione vegetativa e germoplasma. Il concetto di clone. III LA GENETICA QUANTITATIVA Analisi genetica della variabilità continua. Caratteri qualitativi e quantitativi. Basi genetiche della variabilità continua e teoria polifattoriale. Scopi dell'analisi della variabilità. Valore fenotipico e genotipico. Additività, dominanza e azioni interalleliche nell'eredità poligenica. E- reditabilità. Scomposizione della varianza genetica. Generalità su alcuni schemi d'incrocio e disegni sperimentali. La selezione. Selezione per caratteri monogenici e poligenici. Il differenziale di selezione. Intensità di selezione. La risposta alla selezione: il guadagno genetico. Esperimenti di selezione e risposte comuni ottenute. Possibilità e limiti della selezione. Selezione per più caratteri. Cenni sulle tecniche innovative di selezione. IV I METODI DI MIGLIORAMENTO GENETICO Metodi di miglioramento genetico delle specie autogame. Sistemi di inbreeding. Selezione massale. Selezione conservatrice. Selezione per linea pura. Incrocio e sue conseguenze genetiche. Metodo pedigree. Metodo genealogico-massale o mass-pedigree. Metodo per popolazione riunita. Selezione naturale e sopravvivenza in popolazioni riunite. Metodo della discendenza da singolo seme o SSD. Reincrocio. Diaploidi. Il miglioramento delle popolazioni nelle piante autogame. Le costituzioni varietali omozigoti. Varietà monolinea. Varietà multilinea. Varietà ibride. Metodi di miglioramento genetico delle specie allogame. Le prove di progenie. Vigore ibrido e attitudine generale e specifica alla combinazione. Metodi di estrazione di linee inbred. Selezione massale. Selezione per famiglie autofecondate. Selezione per famiglie half-sib. Selezione per famiglie full-sib. Selezione per famiglie test-cross. Selezione ricorrente reciproca. Reincrocio. Le costituzioni varietali eterozigoti. Ecotipi. Popolazioni in equilibrio. Uso della maschiosterilità nella costituzione delle varietà ibride. Le varietà ibride. Le varietà sintetiche. Metodi di miglioramento genetico delle specie a propagazione vegetativa. Selezione dopo autofecondazione. Incrocio e selezione. Selezione clonale. Induzione di nuova variabilità. Metodi di selezione precoce. Cultivar monoclonali e policlonali. V. CENNI SUI PRINCIPALI EVENTI GENETICI E LE TECNICHE DI MIGLIORAMENTO GENETICO Eventi genetici e tecniche di miglioramento. L ibridazione interspecifica e intergenerica. La poliploidia. La mutagenesi sperimentale. La coltura in vitro. La bioingegneria

3 VI LA BREVETTABILITA DELLE NOVITA VEGETALI Aspetti generali della produzione sementiera e legislazione varietale. Produzione di seme di piante autogame. Produzione di seme di piante allogame. Produzione del seme del costitutore, del seme di base, del seme certificato. Iscrizione al registro varietale. Selezione conservatrice. Costituzione di nuove varietà e commercio delle sementi. Il brevetto delle nuove varietà e sue relazioni con il registro varietale. Il mercato delle sementi in Italia Totale Esame L esame consiste in una prova orale sugli argomenti trattati sia nelle ore di lezione che durante le esercitazioni compiute in laboratorio, centro calcolo e serre. Materiale di studio SCARASCIA MUGNOZZA G.T. (Coord.), Miglioramento genetico vegetale, Patron Editore, Bologna. LORENZETTI F., M. FALCINELLI, F. VERONESI, Miglioramento genetico delle piante agrarie. Edagricole, Bologna. LORENZETTI F., S. CECCARELLI, F. VERONESI, Genetica Agraria. Patron E- ditore, Bologna. BARCACCIA G., FALCINELLI M., Genetica e genomica. Vol. II: Miglioramento genetico. Liguori Editore, Napoli. Appunti delle lezioni. Lucidi a disposizione presso la biblioteca del DiBCA Materiale didattico di approfondimento ITALIA AGRICOLA, Sementi: Miglioramento genetico e produzione. ITALIA AGRICOLA, Miglioramento genetico vegetale. QUAGLIOTTI L., Produzione delle sementi ortive. Edagricole, Bologna. Orario di ricevimento Lunedì, martedì e mercoledì, dalle ore alle Ausili didattici Gli argomenti del corso saranno trattati con l ausilio di: presentazioni in Power Point, lavagna, lucidi e lavagna luminosa, personal computer per elaborazione dati, laboratori e materiali di biologia molecolare, materiali genetici allevati in campo, serre, vitro. Per gli studenti a tempo parziale si consiglia l adozione del seguente testo: SCARASCIA MUGNOZZA G.T. (Coord.), Miglioramento genetico vegetale, Patron Editore, Bologna. Per gli studenti stranieri (LLP-Erasmus, Tempus, ecc.) si consiglia l adozione del seguente testo di riferimento: SCARASCIA MUGNOZZA G.T. (Coord.), Miglioramento genetico vegetale, Patron Editore, Bologna.

4 Master Programme: Integrated Course: Module: Plant Medicine curr. Phytosanitary Sciences Plant Breeding and Resistance to Plant Diseases Plant Breeding (6 CFU) (6 ECTS = 4 ECTS Lectures + 2 ECTS Laboratory and field classes) Professor Prof. Luigi Ricciardi ricciard@agr.uniba.it Tel Educational Goals The main aims of the course are to give information on plant breeding of self and cross pollinated and vegetative propagated species. Knowledge on reproductive systems and genetic structure of plant species is discussed. Description is given of classic and innovative methods for the assessment of genetic variation of plant populations and selection of genotypes for qualitative and quantitative traits, adaptation to abiotic and biotic stresses, sustainable agriculture. Acquirable skills The students will acquire basics to detailed knowledge on the development of plant breeding programmes aimed at setting-up new and improved cultivars useful for farmers, research centres, seed companies and nurseries. Programma (1 CFU di Lezioni = 8 ore; 1 CFU di Esercitazioni = 14 ore) Topics I PLANT BREEDING AND USE OF GENETIC VARIATION Introduction. Definitions and aims of plant breeding. Introduction and domestication of cultivated species. The ideotype in relation to natural environments and markets. Reproductive systems in cultivated species. Some morphophysiological and genetic mechanisms related to reproductive system. Self-incompatibility and male sterility. Relationships between reproductive systems and plant breeding methods. Assessment of cross-pollination rate. The plant genetic resources. Origin and evolution of plant genetic resources. The centres of plant genetic diversity. Safeguard, collecting and conservation of germplasm. Entry definition. N. ECTS Number of hours Lectures Lab & field cl

5 II GENETICS OF POPULATION Genetic systems and population structure of autogamous species. Inbreeding e outbreeding. Selfing and selection. Johanssen s experiments. Sources of genetic variation in selfpollinated species. Genetic systems and population structure of allogamous species. Sources of genetic variation in cross-pollinated species. Hardy-Weinberg law. Factors of gene frequency change. Assessment of the inbreeding coefficient. Effect of inbreeding on Hardy-Weinberg equilibrium and quantitative traits. Inbreeding depression and heterosis. Genetic systems and population structure of vegetatively propagated species. Sources of genetic variation and germplasm. The definition of clone. III QUANTITATIVE GENETICS Genetic analysis for quantitative traits. Definition of qualitative and quantitative traits. Polygenic theory. Phenotypic and genotypic values. Additivity, dominance and interallelic intractions in the quantitative inheritance. Broad and narrow heritability. Some examples of cross designs. The selection. Selection for qualitative and quantitative traits. The differential of selection and the genetic gain. Experiment of selection. Marker assisted selection. IV PLANT BREEDING METHODS Plant breeding for self-pollinated species. The mass selection and pure line methods. Pedigree, mass-pedigree, bulk-population and single-seed-descent methods. Backcross method and doubled haploids. Examples of self-pollinated varieties. Plant breeding for cross-pollinated species. The progeny test. General and specific combining ability. Set-up of inbred lines. Mass selection. Half and full-sib selection. Reciprocal recurrent selection method. Backcross. Examples of cross-pollinated varieties. Landraces. Male sterility in hybrid varieties setting-up. Hybrid and synthetic varieties. Plant breeding for vegetative propagated species. Self-and outcrossing selection. Clonal selection. Methods to increase genetic variation. Early selection methods. Mono and polyclonal varieties. V. SOURCES OF VARIATION AND THEIR APPLICATION IN PLANT BREEDING Definitions and examples. Interspecific and intergeneric hybridization. The polyploidy. The experimental mutagenesis. In vitro culture. The bio-engineering tools. VI THE REGULATIONS FOR THE SET-UP OF NEW VARIETIES General rules for certificate seed production. Set-up and registration of self and cross pollinated crops in national and U.E. lists. Plant breeder s rights. Seed trading Total Exam The exam consists of an oral test with questions related to the programme, discussion sessions, and exercises. Support materials SCARASCIA MUGNOZZA G.T. (Coord.), Miglioramento genetico vegetale, Patron Editore, Bologna.

6 LORENZETTI F., M. FALCINELLI, F. VERONESI, Miglioramento genetico delle piante agrarie. Edagricole, Bologna. LORENZETTI F., S. CECCARELLI, F. VERONESI, Genetica Agraria. Patron Editore, Bologna. BARCACCIA G., FALCINELLI M., Genetica e genomica. Vol. II: Miglioramento genetico. Liguori Editore, Napoli. Notes of the lectures distributed during the course. Solved exercises and overheads available in the DiBCA library Additional readings ITALIA AGRICOLA, Sementi: Miglioramento genetico e produzione. ITALIA AGRICOLA, Miglioramento genetico vegetale. QUAGLIOTTI L., Produzione delle sementi ortive. Edagricole, Bologna. Visiting hours Monday, Tuesday and Wednesday, from to Teaching procedures Lectures will be presented through PC assisted tools (Powerpoint, Adobe Acrobat, etc.), slide projector, overheads. Various materials might be shown to elucidate theoretical aspects ( in vitro and in vivo specimens, tools, etc.) Part-time students should adopt: SCARASCIA MUGNOZZA G.T. (Coord.), Miglioramento genetico vegetale, Patron Editore, Bologna. Foreign students (LLP-Erasmus, Tempus, ecc.) can adopt: Plant Breeding: Principle and Prospects. Edited by M.D. Hayward, N.O. Bosemark, I. Romagosa. CHAPMAN & HALL, 1993.